朱墨然

（1.瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室，重庆 400037；2.中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆 400037）

煤与瓦斯突出灾害是我国煤矿的主要灾害之一，为防止煤与瓦斯突出事故的发生，《防治煤与瓦斯突出细则》要求突出矿井必须执行2 个“四位一体”综合防突措施，并且要求对防突措施实施全过程的安全管理和质量管控，确保质量可靠、过程可溯[1-2]。目前煤矿对防突信息的管理普遍存在管理落后、效率低下、信息化程度低等问题，具体表现在：①防突表单生成环节：防突数据由人工录入，不仅工作量大且存在篡改数据的风险；②在防突信息审批环节：线下签字审批效率低；③缺少数据异常分析和可视化的手段，没有充分挖掘数据的潜在价值。由此可见目前煤矿落后的防突信息管理模式，使得防突措施执行质量不可控，是造成突出事故偶发的主要原因之一[3-4]。

在防突信息管理信息化技术装备方面，中煤科工集团重庆研究院有限公司开发了动态防突信息管理系统，该系统实现了防突信息的统一动态管理，使防突信息管理更规范化。但系统基于C/S 架构，只能部署在本地，用户只能通过局域网中的客户端对防突信息进行交互，不便于表单的审批和系统维护[5-10]。

随着云计算、大数据、移动互联技术的发展，防突信息的管理也需顺应行业信息化、智能化发展趋势[11-15]。针对目前防突信息管理过程中存在的效率低、审批慢、监管难等重点突出问题，对防突信息管理系统进行重新设计和开发，适应防突信息管理全过程管控要求。

1 防突信息管理现状及问题

目前煤矿在对防突信息进行管理的过程中普遍存在信息化程度较低、管控能力较弱等特点，具体体现在：

1）数据质量不可控，管理低效。煤矿每天都会产生大量防突相关的数据，防突管理过程中需要对这些数据进行数字化，目前对防突信息的数字化主要由人工录入，在此过程中难免出现人为失误甚至数据篡改等风险。此外大型煤矿采掘工作面数量较多，防突技术员面对大量需要录入的防突信息，工作量大。

2）审批效率低。防突技术员制作好防突表单后，需要打印出来逐个找领导签字，整个过程效率较低且不便于对防突信息的闭环管理。

3）过程管控缺失。煤矿在防突措施执行过程中存在重结果轻过程的现象，防突数据中重点关注突出预测参数的最大值是否超过临界值，而忽视了防突钻孔的实施质量和断面煤岩变化等信息。

4）统计分析欠缺。防突信息数据中隐含了煤层及瓦斯特征，目前煤矿在防突信息管理过程中仅对这些信息进行了统计，未进行数据挖掘和数据分析，对防突信息的分析和挖掘，未能充分发挥防突数据价值，为矿井瓦斯防治提供参考。

5）管理不规范。防突表单的格式、内容不统一，即使同一集团下属各煤矿的格式可能都不一样，给管理和检查带来不便。此外防突资料随着时间的不断积累，防突信息资料需要应对上级部门高频次的检查，频繁地翻阅整理容易导致信息缺失，因此传统防突信息管理方式的不足日益凸显。

2 系统架构

根据目前防突信息管理的内容、需求、流程等特点设计了基于云服务的防突信息管理系统，防突信息管理系统结构图如图1。系统结构主要由业务逻辑、运行支撑、数据管理和数据采集4 大部分组成。

图1 防突信息管理系统结构图Fig.1 Structure of outburst prevention information system

业务逻辑为防突信息管理系统的前台，是用户与防突信息管理系统的交互窗口，主要功能是防突信息的展示和维护，包括防突全景、近期工作、查询搜索、系统设置、区域防突数据维护、局部防突数据维护和基本信息维护。运行支撑是链接前台和后台的纽带，为前台数据处理提供运行支撑，包括报表审批的工作流引擎、图像引擎、报表引擎和消息推送服务等；数据管理为防突信息管理系统的数据集中存储和管理，包括云数据库、本地数据库、模型库等。系统采集的内容包含2 个“四位一体”综合防突措施的全部信息，如瓦斯含量、瓦斯压力、预测参数、审批管理等。

早有几名族人站在高坡与天葬台之间，缓慢而谨慎地挥舞着长长的白幡，来防止白鹫在天葬师完成割礼之前，对尸体进行啄食。他们将白鹫视作天空的使者，是天神派来迎接逝者回归的祥瑞之物。

防突信息的维护通常由多个部门共同完成，为提高防突信息的维护效率，防突信息管理系统的设计从兼容性、共享性和便利性方面考虑，采用B/S+C/S 架构设计，B/S 方式通过浏览器访问，C/S 通过手机APP 访问，便于数据查询和流程审批。系统编写采用Typescript 语言，工作流引擎应用CCFlow、报表引擎应用SpreadJS 控件。系统整体部署在云服务器上，用户可通过浏览器或APP 访问进行数据交互。

防突信息管理系统结构使系统具有良好的兼容性、扩展性和共享性，符合防突信息管理过程中部门分散的特点，同时也为上级部门的监管监察提供平台。

3 关键技术

围绕目前防突信息管理过程中存在的数据质量差、效率低、分析确实等问题，研究开发了数据自动上传、数据自动填报、防突信息云审批、异常数据识别等功能，大幅提高了瓦斯防治的信息化水平和管控水平。

3.1 数据自动采集

传统防突作业过程中，突出预测参数需要现场打印预测数据小票，然后送至通防部技术员整理录入数据，整个过程效率低下且难免出现人为误差的情况。为缩短防突数据传输路径，提高防突数据的安全性和传输效率，通过改造WTC、DGC、统一数据上传接口，使WTC、DGC 通过无线传输将防突数据的一键上传到数据库中；针对第三方鉴定报告等纸质文档，应用OCR 文字及表格识别技术[16-17]，实现文档和表格的快速数字化。通过开发数据自动上传功能，确保了数据的时效性和真实性，同时大幅减轻技术员数据录入工作量。

3.2 表单设计器

由于各个煤矿的防突表单模板不统一，为满足各煤矿防突表单的个性化需求，基于Spread JS 开发了防突信息的表单设计器，通过该设计器可快速对不同样式的表单进行适配，使防突信息管理系统具有较强的兼容性，实现脱离开发人员环境下用户对系统防突报表格式的自主灵活定制设计。表单设计完成后，在防突信息管理系统中，选择相应的防突作业环节，系统自动生成相应的表单。

3.3 数据自动填报

防突信息自动填报是防突信息管理的一个重要组成部分，目前防突信息管理过程中存在示意图绘制规范性差、效率低等问题。为此研究开发了轻量级的图形引擎，实现防突钻孔布置图、巷道断面煤岩分布的快速自动生成，大幅提高示意图的绘制效率。

1）防突钻孔布置图自动生成。目前煤矿防突钻孔多采用AutoCAD 或手工绘制，存在绘图不规范和绘制效率低的问题。应用防突图形引擎，输入钻孔长度、角度及开孔位置几个关键参数自动生成防突钻孔布置三视图，自动计算钻孔控制距离等参数，提高了绘图的速度和精度。防突预测钻孔可视化如图2。

图2 防突预测钻孔可视化Fig.2 Visualization of prediction borehole

2）巷道煤岩分布自动生成。巷道煤岩分布情况是观察煤岩变化情况的重要依据，对采掘布置具有重要参考意义。目前巷道断面形状及煤岩分布图采用AutoCAD 或手工绘制，同样存在效率和精度低的情况。为实现巷道断面参数快速可视化，设计了煤岩界面编辑器快速完成煤岩断面的绘制，编辑器还支持对不规则煤岩分布断面的绘制。煤岩界面自定义如图3。

图3 煤岩界面自定义Fig.3 Coal-rock interface customization

3）数据可视化。目前煤矿防突数据表单上数据密集，数据的可阅读性较差，难以分析数据的趋势及特征。为解决这个问题，研究了基于数据相对位置和数据大小的可视化图表引擎，能够自动生成工作面防突预测参数的曲面图和平面图，直观地显示工作面突出危险性分布特征。数据可视化如图4。

图4 数据可视化Fig.4 Data visualization

3.4 防突信息云审批

传统防突表单的审批需要技术员拿着表单逐个找领导签字审批，该方式不仅效率低下，且可能存在审批滞后于生产的情况。依托于系统云端架构跨平台、跨区域的特点，设计了防突信息审批工作流，防突信息提交后在网络上自动流转，提升防突信息的审批效率。而且根据不同部门和职责，可以对角色的权限进行管理。防突表单审批流程如图5。

图5 审批流程图Fig.5 Examination and approval flow

3.5 移动APP

为适应移动办公需求，提高签字审批的时效性，加强防突数据异常实时推送。开发了防突信息管理系统手机APP，通过手机APP 能够随时随地对防突信息进行查询、查看、维护和审批，方便管理层实时掌握工作面防突动态。

3.6 数据异常识别

煤矿每天生成大量防突数据，对这些海量数据进行分析和挖掘，充分利用数据的潜在价值。正常情况下认为煤层赋存特征是连续变化的，若煤层赋存特征出现突变，则防突数据也会与近期的数据有显著变化。对于数据异常现象，可应用恒定阈值、动态阈值、数据钻取等技术进行异常识别和预警[18]，通过对异常数据的识别，提醒煤矿管理层关注该区域防突工作。

1）恒定阈值报警。防突信息一般随时间序列呈现平稳分布状态，如果波动较大则表明该区域可能存在瓦斯含量升高、地质构造异常、煤层赋存异常等情况。通过应用恒定阈值的方法来对数据波动进行报警，当防突预测参数超过临界阈值时，移动APP推送发出报警通知，方便管理层实时掌握工作面生产动态。

2）动态阈值数据异常识别。动态阈值预警技术，是通过计算邻近几个数据的移动平均值，当某个数据与移动平均值的差值，大于自定义的波动范围时，判断数据为异常，移动平均差值计算方法如下：

式中：Ft为第t 个数据的移动平均差值；n 为移动平均的时期个数；At-1为第t-1 个数据的实际值；At-2、At-3、…、At-n为第t 个数据的前2 期、前3 期直至前n 期的实际值。

以响水煤矿210302 运输巷2021 年4 月5 日—5 月30 日的钻屑瓦斯解吸指标K1数据进行分析，应用式（1）进行异常识别，计算其移动平均差值，波动区间取0.1，210302 运输巷数据异常分析如图6。由图6 可知，在此期间有3 次波动异常报警，结果显示这3 个班次的K1值与前序班次数据有较大波动。

图6 210302 运输巷数据异常分析Fig.6 Data anomaly analysis of 210302 transport lane

4 现场应用情况

防突信息管理系统成功在贵州盘江集团响水煤矿进行建设应用，通过系统的应用显著提升了响水煤矿防突信息的管理效率、实现了防突信息管理的信息化和智能化。系统的应用取得了良好的经济效益和社会效益，主要体现在以下几个方面：

1）大幅提升防突管理效率。通过表单设计器和工作流管理，对响水煤矿防突表单和工作流程进行适配，实现与煤矿现有防突流程和管理平滑过渡。通过数据自动上传、钻孔可视化、流程云审批等功能，提高防突技术人员约70%的工作效率。根据统计数据结果显示：在2021 年1—5 月期间，响水煤矿共完成了1 000 余次防突信息的管理和审批，平均每张表单的完成时间由15 min 缩短为4 min。

2）推进防突管理信息化、智能化、透明化。通过应用防突信息管理系统，解决了响水煤矿在防突信息管理过程中存在的低效、落后的管理方式；实现对2 个“四位一体”全环节防突信息的统一管理和存储；通过对防突数据全生命周期的记录和管理，实现了防突信息的全过程闭环管理，实现防突参数测定“来源可追、去向可查、规律可循”。提升了响水煤矿防突信息管理水平。

3）云端一体化防突信息管控。形成“省-集团-矿井级”多层级的防突信息集中管控机制，定时为煤矿安全监督管理部门推送辖区内突出矿井防突措施统计日报表。在现有煤矿安全监督管理人力及资源的条件下，减少人工逐级审批、下矿逐一巡查的繁琐工作量，为“矿井防突参数全覆盖、审批内容全包含、监管时间全天候”的煤矿安全监督管理提供技术及手段支撑，实现防突关键环节的主要信息横向到边、纵向到底，有效促进“互联网+”、云平台的应用广度和深度。具有较强的示范和引领作用。

5 结 语

研发了具有跨平台、多层级的防突信息管理系统，实现了防突信息一体化云管控。煤矿防突信息管理系统，解决了防突信息全生命周期管理过程中存在的数据自动采集、数据自动填报、表单云审批、数据异常识别、信息即时推送5 大关键问题；实现了防突业务管理流程和信息管理流程的柔性融合，能够根据煤矿防突业务管理流程柔性调整防突信息流程，提高适用性。防突信息管理系统在响水煤矿取得了较好的应用效果，实现响水煤矿防突信息的规范化和透明化管理、提高70%的管理效率。